Индустрия 4.0: что такое четвертая промышленная революция?

Как выглядит Индустрия 4.0?

Одним из наиболее ощутимых аспектов четвертой промышленной революции является идея «сервис-ориентированного проектирования». Оно может варьироваться от пользователей, использующих заводские настройки для производства собственных продуктов, до компаний, которые поставляют индивидуальные продукты индивидуальным потребителям.

Потенциал такого вида производства огромен. К примеру, связь между умными продуктами «Интернета вещей» и умными машинами, которые их производят, то есть этот «промышленный Интернет», будет означать, что они смогут производить себя самостоятельно и определять целевое производство в зависимости от нужд, определенных ими же.

Если ваш телефон знает, что скоро «умрет», он может уведомить завод, на котором будет поставлена в очередь задача произвести батарею для вашего телефона или вообще новый телефон, равно как и для других умных устройств. Когда ваш телефон отправится в корзину, другой уже будет ждать вас.

Более того, когда этот процесс станет более сложным и интегрированным, ваш телефон будет прибывать уже с вашими настройками, почти ничем не отличающийся от того, которым вы пользовались вчера.

Этот процесс не ограничивается телефонами и другой сложной электроникой. От одежды до шампуней и мыл, все можно будет ставить на поток без дополнительных затрат, которыми сопровождались услуги индивидуальных дизайнеров. Объекты будут производиться индивидуально для вас напрямую, и уже не придется выбирать из нескольких заранее определенных цветов, называя это персонализацией.

Кроме того, растущая интеграция умных заводов в промышленные инфраструктуры будет означать существенные снижения затрат энергии. Многие заводы тратят много энергии во время перерывов в производстве вроде выходных и праздничных дней, умный завод мог бы этого избежать.

По мнению сторонников такого вида интегрированного производства, Индустрия 4.0 обладает потенциалом изменить само определение человеческого труда. Поскольку машины могут выполнять повторяющиеся, рутинные задачи в производстве с гораздо большей эффективностью, чем люди, эти задачи будут по большей части автоматизированы. Но вместо того, чтобы отнимать работу у людей, люди займутся более требовательными к навыкам, творческими задачами, вместо того чтобы заниматься грубым трудом. Проще говоря, управлять умным заводом можно будет через Интернет.

Россия 4.0: пока в отстающих

Готовности России к четвертой промышленной революции посвящен опубликованный в октябре 2017 г. Центром стратегических разработок (ЦСР) доклад «Новая технологическая революция: вызовы и возможности для России». По данным авторов доклада, пик новой промышленной революции (масштабирование прорывных технологий и смена архитектуры рынков) придется на 2020–2030-е годы.

На сегодняшний день производительность труда в России в 2,5 раза ниже, чем, например, в США, и стабильного ее роста пока не наблюдается. Добиться этого можно только путем повышения технического уровня производства. При этом степень износа основных фондов в обрабатывающей промышленности стабильно увеличивалась с 2008 г. (45,6%) по 2016 г. (50,2%). Аналогичная картина и в добывающей промышленности. Индекс физического объема инвестиций в основной капитал на обрабатывающих производствах по итогам 2016 г. составил 90,2%. Удельный вес организаций, осуществлявших технологические инновации, по итогам 2014 г. равен 8,8% против 34%, 36,7% и 55% в Великобритании, Франции и Германии соответственно.

Показатель затрат на НИОКР промышленных предприятий в 2015 г. составлял 0,3% ВВП против 1,54% в Китае, 1,79% в США и 2,72%. в Японии. В абсолютном измерении затраты на НИОКР промышленных предприятий в Китае и США почти в 30 раз превышают объем затрат в российской промышленности. Критическим остается отставание России от стран-лидеров в части развития передовых технологий, лежащих в основе новой промышленной революции. «Несмотря на ряд обнадеживающих тенденций, в целом приходится констатировать увеличение разрыва между Россией и странами-лидерами в том, что касается двух ключевых проявлений новой технологической революции — цифровизации и платформизации», – резюмируют авторы исследования.

Последствия промышленного переворота

В результате промышленного переворота как грибы после дождя стали появляться разнообразные заводы и фабрики. А так как заводы и фабрики не могут работать без сырья, нужно было продумать логистику – оптимальным способом доставки сырья стала железная дорога, что привело к активному развитию железнодорожных сетей – железные дороги стали активно прокладываться во всех европейских странах и сами они стали определенным символом прогресса и цивилизации.

Заводы и фабрики преимущественно были сконцентрированы в больших городах, постоянная потребность в рабочих положила начало притоку людей в города и образования первых мегаполисов. В той же Англии XIX века многие люди из сельской местности специально ехали в Лондон, где они могли иметь достойные заработки.

Многие товары стали в разы дешевле и доступнее, за счет удешевления их стоимости в следствии массового производства. Если раньше был богатый феодал и подневольный крепостной крестьянин, то теперь появились новые игроки – предприниматель-фабрикант, он же капиталист, вольный рабочий, работающий на фабрике этого предпринимателя. Впервые появилось такое понятие, как «средний класс», куда мог входить как какой-нибудь мелкий предприниматель с небольшой фабрикой, так и какой-нибудь высококвалифицированный рабочий инженер, особенно ценимый фабрикантами за свое умение идеально настраивать станки.

Изобретение рабочих машин.

В эпоху нового времени первым промышленным товаром массового потребления стала одежда. Поэтому промышленный переворот начался в ткацком производстве. Первым центром промышленной революции стала Англия – страна, которая еще в 16–17 вв. была главным центром овцеводства в Европе, чья шерсть шла на изготовление тканей, используемых не только в самой Англии, но и экспортируемых за рубеж.

Началом промышленной революции считают изобретение в 1764–1765 английским ткачом Джеймсом Харгривсом механической прялки, которую он назвал в честь своей дочери «Дженни». Эта прялка резко (примерно в 20 раз) увеличивала производительность труда прядильщика. Несмотря на сопротивление боящихся конкуренции цеховых ткачей, уже через несколько лет «Дженни» стала использоваться прядильщиками Англии практически повсеместно.

Коэффициент полезной деятельности прялки «Дженни» был ограничен тем, что она использовала мускульную силу ткача. Следующий важный шаг сделал в 1769 цирюльник Ричард Аркрайт, запатентовав прядильную машину непрерывного действия, рассчитанную на водяной привод. Наконец, в 1775 ткач Самуэл Кромптон сконструировал прядильную мюль-машину, выпускавшую высококачественную ткань. Если «Дженни» давала тонкую, но некрепкую нить, а ватермашина Аркрайта – крепкую, но грубую, то мюль-машина Кромптона давала пряжу и крепкую, и одновременно тонкую. После этих изобретений текстильная промышленность Англии поставила себя вне конкуренции, снабжая тканями все развитые страны мира.

Машинное производство первоначально возникло на ремесленном базисе – машины производились вручную и приводились в движение силой работника. Однако затем в ходе промышленной революции возникли двигатели для машин и началось производство машин машинами.

В Британской империи

Основная статья: Вторая промышленная революция в Великобритании

Во второй половине XIX в. Великобритания продолжала оставаться лидером промышленного производства. В эту эпоху появление новых продуктов и услуг способствовало процветанию международной торговли вообще и в особенности Британской империи, колонии которой были расположены почти во всех частях света. Сравнительно тихоходные и зависимые от ветров английские парусники были заменены на стальные океанские лайнеры, движимые усовершенствованными паровыми машинами. В то же время по инвестициям в науку и технологии Великобритания отставала от США и Германии, которые стремительно нагоняли её по промышленному развитию.

Выдающиеся учёные, сделавшие максимальный вклад в развитие научной теории электричества, Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл, работали в Великобритании. Распространение электрического освещения на Британских островах и затем в Европе было начато усилиями Джозефа Суона, изобретателя британской электрической лампочки. Бессемеровский процесс производства стали также изобрел англичанин Генри Бессемер. Революция в производстве стали способствовала не только появлению кораблей нового типа, распространению железных дорог, электрификации, телеграфной и телефонной связи, но и позволила строить ранее невиданные военные суда, ставшие бронированными плавучими крепостями, которые были оснащены более мощными пушками. Изобретённая англичанином Чарлзом Парсонсом паровая турбина начала вытеснять поршневые системы, применявшиеся на ранних паровых машинах, что позволило ещё более поднять мощность паровых двигателей, а также использовать турбины в электрогенераторах для производства электрического тока. Кроме того, началась разработка танков, впервые испытанных в сражениях первой мировой войны.

Одновременно с положительными сторонами технологическая революция принесла Великобритании и ряду других европейских стран и экономические неурядицы. Появление поточного производства и резкое увеличение производительности труда привело к перепроизводству товаров, которые Великобритания раньше экспортировала и не могла использовать для внутреннего потребления, даже учитывая растущие потребности её заморских территорий. Последовавшее падение цен и экономическую нестабильность в 1873—1896 гг. сменил длительный период депрессии, когда производство уже не приносило высоких доходов и нередко становилось убыточным.

В последней трети XIX века произошёл поворот в промышленной истории Англии, утратившей гегемонию на морях, в торговле и промышленности, удерживаемую в течение двухсот лет. Доля страны в мировом капиталистическом хозяйстве постепенно снижалась: 32 % в 1870 г., 28 % в 1880 г. (на первое место вышли США), 22 % в 1890-м, 18% в 1900-м (в этот момент Англию опередила и Германия), 14% в 1913-м. Это было вызвано старением производственных фондов и медленным темпом структурных перемен: так, суммарная мощность электростанций накануне Первой мировой войны в Англии в 10 раз уступала США и в 2,5 раза — Германии.

Как производство и сфера услуг формируют экономику

Производственный уровень создает влиятельные экономики – промышленные державы, от которых зависят страны-потребители. Он способен обеспечить рост промышленности, экономическую независимость и информационную безопасность. И те, кто поднялся до этого уровня, имеют современные производственные мощности для всех других отраслей, автоматизируют и механизируют предприятия, обеспечивают непрерывное технологическое перевооружение, внедряют инновации, а значит повышают производительность и тем самым влияют на общий рост экономики в целом.

Чтобы работать на таком высоком производственном уровне, необходим непрерывный технологический прогресс, вложения в основные фонды, накопление знаний и одновременное развитие большого количества промышленных отраслей. 

Вот почему этот уровень сложно достижим, однако если все производственные процессы в стране есть, то она, во-первых, сама обеспечивает себя современной продукцией и оборудованием, а во-вторых, производственные сегменты в комплексе и по отдельности обеспечивают эффект возрастающей отдачи. Чем больше продукции производится, тем дешевле удельная себестоимость, выше прибыль и больше богатство страны и благосостояние граждан.

Итого рост экономики состоит из трех компонент:

1. производство;
2. услуги;
3. воспроизводство.

Они формируют производственную систему, которая включает в себя огромное количество взаимосвязей между участниками и не может существовать без развитой сферы услуг или системы дистрибуции. Производственный сектор создает физические товары, а сфера услуг распределяет их и превращает в деньги.

Изобретение двигателя для машин.

Первые двигатели, используемые для питания рабочих машин, использовали силу известного еще в древности водяного колеса. Однако такие двигатели можно было использовать только около рек. Бурное развитие машинного производства потребовало изобретения универсальных двигателей, которые можно было бы использовать в любой месте.

Если рабочие машины пришли из ткацкой индустрии, то машинные двигатели – из горной промышленности.

При эксплуатации горных шахт всегда одной из основных проблем была откачка воды. Еще в 1711 Томас Ньюкомен изобрел паровой насос с цилиндром и поршнем. Поскольку машины Ньюкомена имели неравномерный ход, то они часто ломались.

В 1763 к работе по усовершенствованию машины Ньюкомена приступил Джеймс Уатт, лаборант университета в Глазго. Разобравшись в недостатках традиционной модели, Уатт разработал проект принципиально новой машины. В 1769, одновременно с изобретением прядильной машины Аркрайта, Уатт взял патент на свой паровой двигатель, но его доработка до массового практического внедрения потребовала еще многих усилий. Лишь в 1775 на заводе в Бирмингеме было налажено производство паровых машин, и только еще через десять лет это производство стало давать ощутимую прибыль. Наконец, в 1784 Уатт запатентовал паровую машину двойного действия, которая стала символом «века пара».

Изобретение нового двигателя не только ускорило развитие старых отраслей промышленности (например, текстильной), но и вызвало появление принципиально новых. В частности, произошел переворот в организации транспорта. Создание и распространение механических транспортных средств историки-экономисты называют транспортной революцией.

Уже в 1802 американец Роберт Фултон построил в Париже опытный образец лодки с паровым двигателем. Вернувшись в Америку, Фултон построил первый в мире пароход «Клермонт». Характерно, что машина для этого парохода была изготовлена на заводе Уатта. В 1807 «Клермонт» совершил первый рейс по Гудзону. Сначала не нашлось ни одного смельчака, который захотел бы стать пассажиром нового судна. Однако уже через четыре года Фултон основал первую в мире пароходную компанию, а еще через десять лет в Америке и Англии число пароходов уже измерялось сотнями. С 1830-х начинает действовать первая регулярная трансатлантическая пароходная линия.

Одновременно с изобретением пароходов делались попытки создания паровой повозки. В 1815 Джордж Стефенсон, английский механик-самоучка, построил свой первый паровоз. В 1830 он завершил строительство первой большой железной дороги между Манчестером (индустриальным центром) и Ливерпулем (морским портом, откуда английские товары развозились по всему миру). Выгоды от этой дороги были настолько велики, что Стефенсону сразу же предложили руководить строительством дороги через всю Англию от Манчестера до Лондона. На протяжении 19 в. протяженность железных дорог в развитых странах росла взрывообразно, пик роста пришелся на 1860–1880-е (Табл. 2).

Тема недели: роботы везде

Пандемия коронавируса и массовый переход бизнеса в онлайн подстегнули цифровизацию. Один из примеров — внедрение роботов. Они могут работать дольше и выполняют задачи быстрее людей, не болеют и не устают. Вот несколько сфер, где роботы уже помогают сотрудникам компаний.

Медицина

Компания CloudMinds отправила роботов в китайскую провинцию Ухань, которая больше всего пострадала от пандемии. Они дезинфицируют больницы, измеряют температуру пациентов и разносят лекарства. Во время распространения инфекционных заболеваний роботы особенно полезны, они не могут заразиться.

Еще одна сфера, где машины помогают человеку, — консультирование. Роботы самостоятельно анализируют симптомы пациентов и ставят диагноз. Благодаря этому у врачей остается больше времени на сложные случаи.

Служба поддержки

Специалистам call-центров часто приходится отвечать на одни и те же вопросы и выполнять однообразные задачи. Рутину можно передать чат-ботам. Кроме того, искусственный интеллект будет полезен сотрудникам и при работе с более сложными проблемами. Например, он может проанализировать базу данных и найти ситуации, похожие на ту, с которой столкнулся работник. Так персонал быстрее найдет подходящее решение для клиента.

Логистика

Хорошими помощниками для логистов станут беспилотные погрузчики на основе искусственного интеллекта. Они подключены к системе учета товаров, поэтому легко могут найти нужную вещь на больших складах. Кроме того, эти роботы могут работать без перерывов и отпусков, а значит дешевле обойдутся компаниям.

Цифровые технологии успешно используют и при доставке посылок. Например, искусственный интеллект поможет выбрать самый удобный и быстрый маршрут для курьера или правильно рассортировать заказы. Некоторые американские стартапы, такие как Kiwibot, Starship Technologies и Nuro, используют дронов-курьеров, которые привозят товары клиентам. В результате доставка становится дешевле.

Промышленный переворот в Бельгии и Нидерландах

Работницы текстильной фабрики, конец XVIII в.

Промышленная революция в Европе имела очень разные черты. Бельгия — второе государство Европы после Великобритании, где произошла индустриальная революция — смогла грамотно воспользоваться как большими запасами ресурсов железных руд и угля, так и прочными традициями местного текстильного производства. По этой причине промышленное развитие Бельгии шло по тому же пути, что и в Великобритании.

В Нидерландах индустриальный век по-настоящему начался только с 1860-х годов. Причиной такой запоздалой реакции стали местные особенности: кроме того, что внутренние водные пути страны составляют более чем 4800 км рек и каналов, на территории этого государства очень мало природных ресурсов. Эти два фактора очень затрудняли развитие голландской тяжелой промышленности и усложняли строительство железнодорожных соединений. По этой причине местные предприятия, как правило, концентрировались на развитии доиндустриальной торговли. Именно производство таких сельскохозяйственных продуктов, как молоко и мясо, заложило основу для будущей механизации. Примерно в конце XIX века были созданы крупные предприятия в новых крупнопромышленных областях — электротехнике и химии.

Прялка «Дженни»

Эскиз Прялки «Дженни»Прядильная машина Харгривса (также «Прялка Дженни» или «Дженни-Пряха», англ. Spinning Jenny) — модернизированное прядильное устройство, сконструированное английским изобретателем Джеймсом Харгривсом в 1764 году. Предположительно, название «Дженни» происходит от сленгового слова «gin» сокращения слова «engine» . Существует легенда согласно которой прядильная машина была названа Харгривсом «Дженни» в честь своей дочери или жены, однако согласно Реестру Церкви Кёрка, хотя у Харгривса и было несколько дочерей, ни одна из них не носила этого имени, как и его жена.Считается одним из важнейших изобретений своего времени, ознаменовавшим начало промышленного переворота.Джеймс Харгривс родился в местечке Освальдтвисл, графство Ланкашир, Англия, неподалёку от Блэкберна, в 1720 году. Он работал в небольшом городке Стэндхилле плотником и ткачом на обычном станке. Примерно с начала 1760-ых годов он начинает заниматься усовершенствованием прядильных устройств. В 1765 году он, борясь с конкуренцией дешёвых индийских тканей, соорудил механическую прялку, а несколько лет спустя (примерно в 1762-1765 годах) изобрёл прядильную машину периодического действия.Существует версия, что на мысль об изобретении машины с несколькими вертикальными веретёнами Харгривса подтолкнул случай: однажды маленькая Дженни нечаянно опрокинула прялку, однако колесо её продолжало вертеться, а веретено продолжало прясть пряжу, хотя находилось в вертикальном, а не в горизонтальном положении.Прялка «Дженни» приводилась в движение одним рабочим и производила по меньшей мере в шесть раз больше, чем могла произвести обыкновенная прялка за то же время. Таким образом, каждая новая прялка такого типа лишала работы как минимум пять прядильщиков. Харгривс успел продать не так много экземпляров своей машины, однако это вызвало сильное недовольство местных прядильщиков — в 1768 году они разрушили дом изобретателя и оборудование. Харгривс переехал в Ноттингем, графство Ноттингемшир и, совместно с Томасом Джеймсом, построил прядильную фабрику, став одним из первых крупных фабрикантов. В 1770 году Харгривс получил патент на своё изобретение.Прялка Дженни имела восемь вертикальных веретён и одно колесо. Вместо вытяжных валиков имелся специальный пресс из двух брусков дерева.Модель Прялки «Дженни» в Музее в Вуппертале (Германия)Початки с ровницей были помещены на наклонной раме (наклон служил для облегчения сматывания ровницы). Вместо вытяжных валиков Харгривс применил особый пресс, состоявший из двух брусков дерева. Нитки ровницы с початков проходили через вытяжной пресс и прикреплялись к веретёнам. Веретёна, на которые наматывалась готовая нить, находились на неподвижной раме с левой стороны станка. В нижней части каждого веретена имелся блок, вокруг которого шёл приводной шнур, переброшенный через барабан, расположенный впереди всех блоков и веретён. Барабан приводился в движение от большого колеса, вращаемого рукой. Таким образом, большое колесо приводило во вращение все веретёна.Прядильщик одной рукой двигал каретку вытяжного пресса, а другой вращал колесо, приводившее в движение веретёна. Вся работа свелась в основном к трём движениям: к вращению приводного колеса, к прямолинейному движению каретки взад и вперёд и к нагибанию проволоки.Значительным недостатком прялки было то, что из-за недостаточной вытяжки пряжа получалась недостаточно крепкой. Чтобы упрочить её в пряжу приходилось добавлять нитку изо льна.